井地联合掘进条带过巷道水平井分段压裂预抽瓦斯方法技术

本发明专利技术公开了一种井地联合掘进条带过巷道水平井分段压裂快速预抽瓦斯方法：步骤1，施工L型长水平井的一开井段，为垂直井段；步骤2，施工L型长水平井的二开井段，二开井段为垂直、造斜、水平三个井段；步骤3，制作三开人工井筒，施工L型长水平井的三开井段，三开井段为上倾式井段；步骤4，对三开上倾式井段分段射孔压裂并安装瓦斯抽采头。本发明专利技术改变了原有掘进条带瓦斯抽采方式，采用较为安全的地面施工方式，同时，能够节省井下底板岩巷和底板穿层孔的施工费用。工费用。工费用。

【技术实现步骤摘要】
井地联合掘进条带过巷道水平井分段压裂预抽瓦斯方法


[0001]本专利技术涉及煤矿区瓦斯预抽采
，具体涉及井地联合掘进条带过 巷道水平井分段压裂预抽瓦斯方法。

技术介绍

[0002]瓦斯作为影响煤矿安全采掘因素之一，尤其针对高瓦斯矿井，煤层掘进 之前，必须进行超前瓦斯预治理，以防止煤层掘进期间发生瓦斯突出或爆炸 等事故，造成严重生命与财产损失。煤层回采工作面正常掘进之前，需要形 成进风、回风及运输等巷道作为辅助，矿井在进行上述煤层巷道掘进条带施 工之前也需要针对掘进条带瓦斯超前治理。掘进条带瓦斯治理的速度与效果 对于煤层巷道掘进能否按计划正常施工至关重要，因此高效快速实现掘进条 带瓦斯治理尤为重要。现存有的煤矿瓦斯预抽采技术主要可分为两大类：地 面水平井与分段压裂技术组合和井下长钻孔与分段压裂技术组合的瓦斯抽采 技术。
[0003]地面水平井与分段压裂技术组合的瓦斯抽采技术：首先通过在地面钻取 一口水平段较长且穿越开采煤层或顶板的水平井，然后在地面进行大规模的 分段压裂施工，以此提高煤层所富含瓦斯的解吸量、增透范围及增加瓦斯扩 散进入水平井段的通道数量，最后在地面安装瓦斯抽采设备进行瓦斯抽采。 该方法的优势主要在于地面作业空间较大，能够进行大规模的分段压裂施工， 压裂施工在沿采煤工作面各个方向上增透范围较大，能够有效减少采煤工作 面或顶板钻孔的布设数量。然而，通过该技术进行瓦斯抽采需要长时间的排 水工作，才能进行瓦斯气体抽采工作。
[0004]井下长钻孔与分段压裂技术组合的瓦斯抽采技术：首先通过在井下钻取 一个较长顺煤层或顶板孔，然后在井下进行分段压裂施工，以此提高煤层所 富含瓦斯的解吸量、增透范围及增加瓦斯扩散进入长钻孔的通道数量，最后 在井下安装瓦斯抽采设备进行瓦斯抽采。该方法的优势主要在于压裂施工结 束后能够形成井下负压抽采条件，无需等候长时间排水工作，就能够进行瓦 斯抽采工作。然而，该技术受制于井下作业空间较小，难以实施大规模的分 段压裂技术，压裂施工在沿采煤工作面各个方向上增透范围较小，因此需要 在采煤工作面或顶板上适当增加钻孔的布设数量。
[0005]基于上述现有的两类煤矿瓦斯灾害超前治理方法不足，亟需研究一种能 够高效快速实现掘进条带瓦斯抽采的方法，以有效保障煤层巷道掘进按计划 正常施工。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供井地联合掘进条带过巷道水平井分段压裂预抽瓦 斯方法，以解决现有瓦斯抽采技术存在的需要长时间排水工作以及工作面各 方向增透范围小导致需要增加钻孔布设数量的问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案予以解决：
[0008]一种井地联合掘进条带过巷道水平井分段压裂预抽瓦斯方法，具体步骤 如下：
[0009]步骤1，施工L型长水平井的一开井段，所述一开井段为垂直井段；
[0010]步骤2，施工L型长水平井的二开井段，二开井段为垂直、造斜、水平 三个井段，钻进至煤层顶板底部与已掘巷道于贯通点实现地面与井下连通， 下入二开技术套管与制作二开固井人工井底协同施工，利用纯水泥浆正循环 固井，水泥浆返至地面；
[0011]步骤3，制作三开人工井筒，施工L型长水平井的三开井段，三开井段 为上倾式井段；在已掘巷道内制作三开人工井筒，建立三开地面与井底正常 钻井泥浆循环，采用钻头钻取上倾式井眼，钻进至设计井深完钻，拆除已掘 巷道内三开人工井筒，下入三开生产套管与在已掘巷道内制作三开人工井口 协同施工，利用纯水泥浆正循环固井，水泥浆返至已掘巷道；
[0012]步骤4，对三开上倾式井段分段射孔压裂并安装瓦斯抽采头，包括如下 操作：三开上倾式井段分段射孔压裂，在地面下入连续油管串穿越已掘巷道， 进入三开上倾式井段，按照设计的射孔点进行分段射孔压裂；在井下已掘巷 道内三开上倾式井段孔口所预留的套管处安装抽采井头，抽采井头与负压瓦 斯抽采设备通过抽采管线连接。
[0013]进一步的，所述步骤1的具体操作如下：
[0014]一开垂直井段施工采用Φ346.1mm气动潜孔锤钻进至基岩10～15m，下 入Φ273.05mm表层套管，采用比重为1.7～1.8g/cm3的G级油井纯水泥浆正 循环返至地面固井。
[0015]进一步的，所述步骤2包括如下子步骤：
[0016]步骤21，二开垂直井段施工采用Φ241.3mm气动潜孔锤钻进至设计的二 开垂直井段2井深；
[0017]步骤22，二开造斜井段施工采用Φ241.3mmPDC钻头及利用水基泥浆循 环体系钻进至煤层掘进条带顶板底部设计的着陆点，水平井轨迹位于着陆点 的井斜角为90
°
，并且方位角的延伸线与已掘巷道正交；
[0018]步骤23，二开水平井段施工采用Φ241.3mm牙轮钻头及利用氮气循环体 系钻进至设计贯通点，实现地面与井下连通；然后在已掘巷道的贯通点对应 井深高度施工已掘巷道两侧巷帮的人工垂直壁；
[0019]步骤24，二开全井段下入Φ193.7mm二开技术套管，下入井内的二开技 术套管特定位置连接分级箍，所述分级箍侧向孔打开；
[0020]步骤25，进行二开全井段下套管，期间在井下已掘巷道内进行制作二 开固井人工井底。
[0021]进一步的，所述步骤25中，所述二开固井人工井底制作过程：
[0022]A、在地面下入Φ193.7mm二开技术套管，套管从贯通点一侧的人工垂 直壁穿越已掘巷道至另一端人工垂直壁，对于位于人工垂直壁之间的套管段 设计采用马丽散缠绕于该套管段外壁，所缠绕厚度不超过二开井眼的尺寸；
[0023]B、随后在地面利用钻机升降系统缓慢提起套管，与此同步进行，依次 从上到下触发套管外壁缠绕的马丽散，实现发泡膨胀密封功能，形成二开马 丽散充填段，套管串末端预留人工垂直壁以下20cm套管长度，从井下已掘 巷道的人工垂直壁所伸出20cm套管处绕着套管外壁均匀分布插入6个细管， 细管穿过二开马丽散充填段，通过6个细管同时进行注入纯水泥浆，形成15m 段长的二开风泵纯水泥充填段，然后将所述6个细管取出；二开固井人工井 底制作结束后纯水泥浆至少侯凝48小时，最后采用纯水泥浆正循环返至地面 固井。
[0024]进一步的，所述步骤3包括如下子步骤：
[0025]步骤31，在已掘巷道内制作三开人工井筒，所述三开人工井筒由多个高 压隔管之间通过其自带有螺孔的法兰盘、紧固螺钉与紧固螺栓密封连接，人 工井筒连接串两端通过锚杆密封锚固于人工垂直壁上，人工井筒两端连接的 高压隔管上安装有放喷阀；
[0026]步骤32，采用Ф171.4mmPDC钻头及利用水基泥浆循环体系位于煤层掘 进条带顶板内钻进至设计井深完钻，三开上倾式井段的水平井轨迹距离煤层 掘进条带与煤层掘进条带顶板之间的交界面间距在2～3m范围内；三开钻进 及起钻结束后，打开三开人工井筒处的放喷阀，将储存在人工井筒两侧井眼 环空的泥浆释放出来，然后拆除人工井筒；
[0027]步骤33，三开全井段下入Ф13本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种井地联合掘进条带过巷道水平井分段压裂预抽瓦斯方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤1，施工L型长水平井的一开井段，所述一开井段为垂直井段；步骤2，施工L型长水平井的二开井段，二开井段为垂直、造斜、水平三个井段，钻进至煤层顶板底部与已掘巷道于贯通点实现地面与井下连通，下入二开技术套管与制作二开固井人工井底协同施工，利用纯水泥浆正循环固井，水泥浆返至地面；步骤3，制作三开人工井筒，施工L型长水平井的三开井段，三开井段为上倾式井段；在已掘巷道内制作三开人工井筒，建立三开地面与井底正常钻井泥浆循环，采用钻头钻取上倾式井眼，钻进至设计井深完钻，拆除已掘巷道内三开人工井筒，下入三开生产套管与在已掘巷道内制作三开人工井口协同施工，利用纯水泥浆正循环固井，水泥浆返至已掘巷道；步骤4，对三开上倾式井段分段射孔压裂并安装瓦斯抽采头，包括如下操作：三开上倾式井段分段射孔压裂，在地面下入连续油管串穿越已掘巷道，进入三开上倾式井段，按照设计的射孔点进行分段射孔压裂；在井下已掘巷道内三开上倾式井段孔口所预留的套管处安装抽采井头，抽采井头与负压瓦斯抽采设备通过抽采管线连接。2.如权利要求1所述的井地联合掘进条带过巷道水平井分段压裂预抽瓦斯方法，其特征在于，所述步骤1的具体操作如下：一开垂直井段施工采用Φ346.1mm气动潜孔锤钻进至基岩10～15m，下入Φ273.05mm表层套管，采用比重为1.7～1.8g/cm3的G级油井纯水泥浆正循环返至地面固井。3.如权利要求1所述的井地联合掘进条带过巷道水平井分段压裂预抽瓦斯方法，其特征在于，所述步骤2包括如下子步骤：步骤21，二开垂直井段施工采用Φ241.3mm气动潜孔锤钻进至设计的二开垂直井段2井深；步骤22，二开造斜井段施工采用Φ241.3mmPDC钻头及利用水基泥浆循环体系钻进至煤层掘进条带顶板底部设计的着陆点，水平井轨迹位于着陆点的井斜角为90
°
，并且方位角的延伸线与已掘巷道正交；步骤23，二开水平井段施工采用Φ241.3mm牙轮钻头及利用氮气循环体系钻进至设计贯通点，实现地面与井下连通；然后在已掘巷道的贯通点对应井深高度施工已掘巷道两侧巷帮的人工垂直壁；步骤24，二开全井段下入Φ193.7mm二开技术套管，下入井内的二开技术套管特定位置连接分级箍，所述分级箍侧向孔打开；步骤25，进行二开全井段下套管，期间在井下已掘巷道内进行制作二开固井人工井底。4.如权利要求1所述的井地联合掘进条带过巷道水平井分段压裂预抽瓦斯方法，其特征在于，所述步骤25中，所述二开固井人工井底制作过程：A、在地面下入Φ193.7mm二开技术套管，套管从贯通点一侧的人工垂直壁穿越已掘巷道至另一端人工垂直壁，对于位于人工垂直壁之间的套管段设计采用马丽散缠绕于该套管段外壁，所缠绕厚度不超过二开井眼...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜在炳，刘修刚，王毅，李浩哲，庞涛，宋昱播，张强，杨建超，
申请(专利权)人：中煤科工西安研究院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：